1990年4月24日12:33:51,带着人类想要看清宇宙的美好愿望,哈勃空间望远镜(简称“哈勃”)搭乘发现号航天飞船(STS-31),在美国肯尼迪航天中心发射升空。
然而,一上天哈勃就坏了。
3年来,哈勃拍摄的照片模糊不清。随着哈勃主镜片存在“球面像差光学缺陷”的消息被爆出,哈勃团队颜面扫地。
“12年,花费15亿美元,这群人却把它搞砸了!”
在美国各大ZZ性综艺秀节目中,NASA受到了前所未有的嘲讽。
为了挽回颜面,1993年12月2日凌晨4:27:00,一个7人小组授命登空,着手为哈勃进行一次为期5天的“配镜任务”。他们为哈勃带来一副“眼镜”,以修护哈勃模糊的视力。
这幅为了“矫正光学空间望远镜的轴向替换(Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement)”的巨大眼镜,简称COSTAR,由5对可移动的弯曲反射镜组成。它替换了原来的高速光度计(HSP)。
矫正后,第二代广域行星照相机(WFPC2)取代了第一代广域行星照相机(WFPC1),保留了原来的暗天体照相机(FOC)、暗天体光谱仪(FOS)和戈达德高分辨光谱仪(GHRS)。就结果来看,这次修护行动相当成功。
哈勃视力不再模糊了
事实上,哈勃作为一项大型的复杂创新工程,早期出现问题在所难免。如今在人类智慧的不断加持之下,哈勃已变得更加强大,并开启了“5眼神通”。为纪念“哈勃空间望远镜升空30周年”,今天就给大家介绍一下哈勃的“5眼神通”。
“黑洞眼”空间望远镜成像光谱仪
(Space Telescope Imaging Spectrograph,简称:STIS)
STIS对紫外线敏感,是一种功能强大的光谱器件,比第一代哈勃光谱仪收集的光谱数据多30倍,空间数据多500倍。1997年,STIS正式取代了FOS,成为了哈勃第一只升级后的“神通之眼”。
这只眼睛具有高灵敏度和高分辨率,极其擅长发现宇宙中的质量分布、寻找宇宙中的幽冥——超大质量黑洞。
右面的STIS光谱显示了星系中心的快速恒星运动,显示了一个超大质量的黑洞。
“透视眼”近红外摄像机与多目标光谱仪
(Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer,简称:NICMOS)
1997年,过时的GHRS也被换下,按上了更先进的NICMOS,通过观测红外线,哈勃可以透过星际尘埃一窥星系中心的神秘,并帮助我们探测遥远的宇宙,这是其他光学或紫外线设备所无法做到的。
NICMOS有三个照相机充当其复眼,通过捕捉红外光,NICMOS可以帮助天文学家回答关于恒星、太阳系、星系诞生的问题。
NICMOS剥去多层尘埃,以显示尘埃星云的内部区域。
由于这只眼睛捕捉的是红外线,所以容易积攒过多热量,还曾因为过热而“红眼”失效。
“深空眼”高级调查摄影机
(Advanced Camera for Surveys,简称:ACS)
2002年3月1日,在哈勃的第四次维修任务中,FOC被替换,哈勃换上了最重要的第三只眼:ACS,使哈勃的观测能力趋近顶峰。
ACS包含的先进技术,远超当时望远镜所能达到的技术,具有广阔的视野、高清的图像质量和非凡的灵敏度,增强了哈勃从可见光到远紫外线的观测能力。
我们在网上看到的那些美丽的哈勃深空场(Hubble Deep Field)照片大都依靠这只眼睛。它能捕捉到更多不同的光学数据,为我们绘制出了宇宙更多美丽的细节,揭开了宇宙最深和最远的奥秘。
ACS覆盖的面积是原来的两倍,锐度两倍,对光的敏感度五倍
至此,哈勃原来的FOC、FOS、GHRS全部被替换,通过换眼手术,哈勃再也不需要原来那副带着些许尴尬的巨大眼镜(COSTAR)了。
然而,哈勃的崛起之路远不止于此。
2009年5月11日的修护任务中,哈勃又进行了两大重要的升级,再次提升了其洞察宇宙的眼力。
“微视眼”宇宙起源光谱仪
(Cosmic Origins Spectrograph,简称:COS)
COSTAR的移除,意味着为安装新的科学仪器腾出了空间。COS填补了这个空间,为哈勃开启了第4项神通:看见星际气体云发出的微弱之光,感知遥远类星体光的变化。
COS只关注紫外线,是哈勃目前使用的最灵敏的紫外光谱仪。通过测量微光强度等信息,COS可以帮天文学家确定许多气体性质,包括化学成分、密度、温度等。分析恒星和类星体时,COS更能帮助揭示星云演化和对周围星系的影响。
上图COS观测来自遥远背景物体的光线在穿过史密斯云(Smith Cloud)时是如何受到影响的。这为测量史密斯云的化学成分提供了线索。通过这些星系间的取证,有天文学家将史密斯云的起源追溯到了我们银河系形成之初。
“暗域眼”广域摄像机
(The Wide Field Camera,简称WFC3)
当WFPC2被更先进的WFC3替换后,再次提升了哈勃对光线的捕捉能力,极大拓展了哈勃看不见的“暗域边界”。这只眼睛让哈勃从近红外线到远紫外线的频段都能看见,并且还拥有近距离和远距离的对焦功能。
史密斯云(Smith Cloud)一亿年的轨迹,它从银河系的平面上弯曲,然后像回飞一样返回。
由于这一特性,哈勃可以通过WFC3拍摄随时间推移的星际环境变化照片,而所有“暗能量”理论也都依赖这个眼睛,进行主要的视觉研究。
至此,哈勃已经比1990年发射时,强大了100倍。
除了5大神通眼,哈勃还有一大绝技。
要知道哈勃可是以时速约27200公里的高速,在距离地表570公里外绕地球公转。那为什么它不会转晕?它如何做到在这样的高速运动中还能紧盯目标的呢?
“转不晕”的诀窍:精密制导传感器
(Fine Guidance Sensors)
哈勃上有3个精密制导传感器。这三个传感器中有两个都在不断地对望远镜进行着微操。剩下一个传感器用于跟踪望远镜的位置,并根据需要对其进行调整,使其保证在飞行路径上,目不斜视。
正由于有这个传感器的存在,哈勃在太空中的对准度比地球上任何望远镜精确10倍。
同时传感器还能用于测量恒星的运动轨迹、距离,以及质量。传感器收集的大量数据,还能为测量宇宙提供一个距离尺度。
自1990年4月,哈勃空间望远镜进入轨道以来,为天文学发展带来了许多变革,最主要的科学贡献之一,是改变了天文学文化方式。
在此之前,天文学历史上曾出现过一段时间,人们为了维护自身的知识产权,直到得出研究成果之前,都不会将收集到的资料公布出来。
而哈勃团队改变了这一切,他们更愿意将发现向更多科研团体公布,而不是隐藏。这才有了如今已司空见惯的数据公开。正因如此,如今我们在网络冲浪时,才能看见这些美丽的高倍率的深空照片。每一张都是那么震撼人心,每一张都是那么充满故事。
韦斯特伦德-哈勃25周年纪念照片
鹰星云的“创生之柱”
“星系玫瑰”哈勃21周年纪念照片
极端星团爆发出生命
“气泡星云”哈勃26周年纪念照片
以上是哈勃100张震撼之作中的5张,更多的美照大家可以到哈勃官方网站上去欣赏。
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